Tailoring lithiation behavior by interface and bandgap engineering at the nanoscale

Nano Letters

Volumn 13, Issue 10, 2013, Pages 4876-4883

  Liu, Yang ^a   Liu, Xiao Hua ^a   Nguyen, Binh Minh ^b,c   Yoo, Jinkyoung ^b   Sullivan, John P ^d   Picraux, S Tom ^b   Huang, Jian Yu ^a   Dayeh, Shadi A ^b,c  

^a SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

^b LOS ALAMOS NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^d SANDIA NATIONAL LABORATORIES   (United States)

Author keywords

bandgap engineering; Ge Si core shell nanowire; in situ TEM study; Interface effect; lithiation behavior

Indexed keywords

ELECTRODES; ENERGY GAP; GERMANIUM METALLOGRAPHY; IONS; NANOTECHNOLOGY;

BAND GAP ENGINEERING; CORE/SHELL NANOWIRES; IN-SITU TEM; INTERFACE EFFECT; LITHIATION;

LITHIUM-ION BATTERIES;

GERMANIUM; ION; LITHIUM; NANOWIRE; SILICON;

ARTICLE; CHEMISTRY; CONFORMATION; ELECTROCHEMISTRY; POWER SUPPLY;

ELECTRIC POWER SUPPLIES; ELECTROCHEMISTRY; GERMANIUM; IONS; LITHIUM; MOLECULAR CONFORMATION; NANOWIRES; SILICON;

EID: 84885455064     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl4027549     Document Type: Article

References (57)

1. Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414 (6861) 359-367
2. Goodenough, J. B.; Kim, Y. Chem. Mater. 2009, 22 (3) 587-603
3. Li, H.; Wang, Z.; Chen, L.; Huang, X. Adv. Mater. 2009, 21 (45) 4593-4607
4. Larcher, D.; Beattie, S.; Morcrette, M.; Edstrom, K.; Jumas, J.-C.; Tarascon, J.-M. J. Mater. Chem. 2007, 17 (36) 3759-3772
5. Park, C.-M.; Kim, J.-H.; Kim, H.; Sohn, H.-J. Chem. Soc. Rev. 2010, 39 (8) 3115-3141
6. Besenhard, J. O.; Hess, M.; Komenda, P. Solid State Ionics 1990, 40-41 (Part 2) 525-529
7. Ji, L.; Lin, Z.; Alcoutlabi, M.; Zhang, X. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (8) 2682-2699
8. Chan, C. K.; Peng, H.; Liu, G.; McIlwrath, K.; Zhang, X. F.; Huggins, R. A.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2008, 3 (1) 31-35
9. Wu, H.; Chan, G.; Choi, J. W.; Ryu, I.; Yao, Y.; McDowell, M. T.; Lee, S. W.; Jackson, A.; Yang, Y.; Hu, L.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (5) 310-315
10. Chan, C. K.; Zhang, X. F.; Cui, Y. Nano Lett. 2007, 8 (1) 307-309
11. Lee, J. K.; Smith, K. B.; Hayner, C. M.; Kung, H. H. Chem. Commun. 2010, 46 (12) 2025-2027
12. Hu, L.; Wu, H.; Hong, S. S.; Cui, L.; McDonough, J. R.; Bohy, S.; Cui, Y. Chem. Commun. 2011, 47 (1) 367-369
13. Liu, X. H.; Huang, J. Y. Energy Environ. Sci. 2011, 4 (10) 3844-3860
14. Liu, X. H.; Liu, Y.; Kushima, A.; Zhang, S.; Zhu, T.; Li, J.; Huang, J. Y. Adv. Energy Mater. 2012, 2 (7) 722-741
15. Liu, X. H.; Zheng, H.; Zhong, L.; Huang, S.; Karki, K.; Zhang, L. Q.; Liu, Y.; Kushima, A.; Liang, W. T.; Wang, J. W.; Cho, J.-H.; Epstein, E.; Dayeh, S. A.; Picraux, S. T.; Zhu, T.; Li, J.; Sullivan, J. P.; Cumings, J.; Wang, C.; Mao, S. X.; Ye, Z. Z.; Zhang, S.; Huang, J. Y. Nano Lett. 2011, 11 (8) 3312-3318
16. Lee, S. W.; McDowell, M. T.; Choi, J. W.; Cui, Y. Nano Lett. 2011, 11 (7) 3034-3039
17. Goldman, J. L.; Long, B. R.; Gewirth, A. A.; Nuzzo, R. G. Adv. Funct. Mater. 2011, 21 (13) 2412-2422
18. Yang, H.; Huang, S.; Huang, X.; Fan, F.; Liang, W.; Liu, X. H.; Chen, L.-Q.; Huang, J. Y.; Li, J.; Zhu, T.; Zhang, S. Nano Lett. 2012, 12 (4) 1953-1958
19. Liu, X. H.; Wang, J. W.; Huang, S.; Fan, F.; Huang, X.; Liu, Y.; Krylyuk, S.; Yoo, J.; Dayeh, S. A.; Davydov, A. V.; Mao, S. X.; Picraux, S. T.; Zhang, S.; Li, J.; Zhu, T.; Huang, J. Y. Nat. Nanotechnol. 2012, 7 (11) 749-756
20. Liu, X. H.; Huang, S.; Picraux, S. T.; Li, J.; Zhu, T.; Huang, J. Y. Nano Lett. 2011, 11 (9) 3991-3997
21. Chan, M. K. Y.; Long, B. R.; Gewirth, A. A.; Greeley, J. P. J. Phys. Chem. Lett. 2011, 2 (24) 3092-3095
22. Zhang, L. Q.; Liu, X. H.; Liu, Y.; Huang, S.; Zhu, T.; Gui, L.; Mao, S. X.; Ye, Z. Z.; Wang, C. M.; Sullivan, J. P.; Huang, J. Y. ACS Nano 2011, 5 (6) 4800-4809
23. Cho, J.-H.; Li, X.; Picraux, S. T. J. Power Sources 2012, 205 (0) 467-473
24. Maier, J. Nat. Mater. 2005, 4 (11) 805-815
25. Maier, J. Solid State Ionics 2004, 175 (1-4) 7-12
26. Tuller, H. L. Solid State Ionics 2000, 131 (1-2) 143-157
27. Beaulieu, L. Y.; Larcher, D.; Dunlap, R. A.; Dahn, J. R. J. Electrochem. Soc. 2000, 147 (9) 3206-3212
28. Sata, N.; Eberman, K.; Eberl, K.; Maier, J. Nature 2000, 408 (6815) 946-949
29. Xiang, J.; Lu, W.; Hu, Y.; Wu, Y.; Yan, H.; Lieber, C. M. Nature 2006, 441 (7092) 489-493
30. Lu, W.; Xiang, J.; Timko, B. P.; Wu, Y.; Lieber, C. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102 (29) 10046-10051
31. 2/TaN gate stack, Electron Devices Meeting (IEDM), 2009 IEEE International, Dec. 7-9 2009; pp 1-4.
32. Kroemer, H. Proc. IEEE 1963, 51 (12) 1782-1783
33. Pei, Y.; Wang, H.; Snyder, G. J. Adv. Mater. 2012, 24 (46) 6125-6135
34. Yin, W.-J.; Tang, H.; Wei, S.-H.; Al-Jassim, M. M.; Turner, J.; Yan, Y. Phys. Rev. B 2010, 82 (4) 045106
35. Karki, K.; Epstein, E.; Cho, J.-H.; Jia, Z.; Li, T.; Picraux, S. T.; Wang, C.; Cumings, J. Nano Lett. 2012, 12 (3) 1392-1397
36. Ghassemi, H.; Au, M.; Chen, N.; Heiden, P. A.; Yassar, R. S. ACS Nano 2011, 5 (10) 7805-7811
37. McDowell, M. T.; Ryu, I.; Lee, S. W.; Wang, C.; Nix, W. D.; Cui, Y. Adv. Mater. 2012, 24 (45) 6034-6041
38. Sun, C.-F.; Karki, K.; Jia, Z.; Liao, H.; Zhang, Y.; Li, T.; Qi, Y.; Cumings, J.; Rubloff, G. W.; Wang, Y. ACS Nano 2013, 7 (3) 2717-2724
39. Gu, M.; Li, Y.; Li, X.; Hu, S.; Zhang, X.; Xu, W.; Thevuthasan, S.; Baer, D. R.; Zhang, J.-G.; Liu, J.; Wang, C. ACS Nano 2012, 6 (9) 8439-8447
40. McDowell, M. T.; Woo Lee, S.; Wang, C.; Cui, Y. Nano Energy 2012, 1 (3) 401-410
41. Wang, C.-M.; Li, X.; Wang, Z.; Xu, W.; Liu, J.; Gao, F.; Kovarik, L.; Zhang, J.-G.; Howe, J.; Burton, D. J.; Liu, Z.; Xiao, X.; Thevuthasan, S.; Baer, D. R. Nano Lett. 2012, 12 (3) 1624-1632
42. Wang, X.; Tang, D.-M.; Li, H.; Yi, W.; Zhai, T.; Bando, Y.; Golberg, D. Chem. Commun. 2012, 48 (40) 4812-4814
43. Wang, F.; Yu, H.-C.; Chen, M.-H.; Wu, L.; Pereira, N.; Thornton, K.; Van der Ven, A.; Zhu, Y.; Amatucci, G. G.; Graetz, J. Nat. Commun. 2012, 3, 1201
44. Dayeh, S. A.; Wang, J.; Li, N.; Huang, J. Y.; Gin, A. V.; Picraux, S. T. Nano Lett. 2011, 11 (10) 4200-4206
45. Tersoff, J. Phys. Rev. Lett. 1990, 65 (7) 887-890
46. Sze, S. M.; Ng, K. K. Physics of Semiconductor Devices, 3 rd ed.; Wiley-Interscience: New York, 2007.
47. Li as the shallow donors in Ge. http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/Ge/ bandstr.html.
48. Metal-Semiconductor Ohmic and Schottky Contacts. http://www.cleanroom. byu.edu/ohmic-schottky.phtml.
49. Fuller, C. S.; Ditzenberger, J. A. Phys. Rev. 1953, 91 (1) 193-193
50. Kringhøj, P.; Larsen, A. N.; Shirayev, S. Y. Phys. Rev. Lett. 1996, 76 (18) 3372-3375
51. Dayeh, S. A.; Tang, W.; Boioli, F.; Kavanagh, K. L.; Zheng, H.; Wang, J.; Mack, N. H.; Swadener, G.; Huang, J. Y.; Miglio, L.; Tu, K.-N.; Picraux, S. T. Nano Lett. 2013, 13 (5) 1869-1876
52. Fischetti, M. V.; Laux, S. E. J. Appl. Phys. 1996, 80 (4) 2234-2252
53. Liu, X. H.; Zhang, L. Q.; Zhong, L.; Liu, Y.; Zheng, H.; Wang, J. W.; Cho, J.-H.; Dayeh, S. A.; Picraux, S. T.; Sullivan, J. P.; Mao, S. X.; Ye, Z. Z.; Huang, J. Y. Nano Lett. 2011, 11 (6) 2251-2258
54. Hastas, N. A.; Dimitriadis, C. A.; Logothetidis, S.; Angelis, C. T.; Konofaos, N.; Evangelou, E. K. Semicond. Sci. Technol. 2001, 16, 474
55. Graetz, J.; Ahn, C. C.; Yazami, R.; Fultz, B. J. Electrochem. Soc. 2004, 151 (5) A698-A702
56. Fuller, C. S.; Severiens, J. C. Phys. Rev. 1954, 96 (1) 21-24
57. Park, M.; Zhang, X.; Chung, M.; Less, G. B.; Sastry, A. M. J. Power Sources 2010, 195 (24) 7904-7929